FINÁLNÍ ÚPRAVY IX Doc. Ing. Michal Vik, Ph.D.
Charakteristika jednotlivých fází hoření I 1. Reakce do zapálení – uvolňování mezimolekulárních vazeb – mezi Tg a Tm, dochází k depolymeraci a pyrolýze – degradace řetězce, uvolňování tuhých, kapalných a plynných složek 2. Zapálení – vnější zdroj x samovznícení, při dosažení Tz se zapalují hořlavé plynné zplodiny pyrolýzy 3. Hoření – substrát hoří po oddálení zápalného zdroje, když je energie uvolněná při hoření větší než energie potřebná k pyrolýze, jde o reakci látky s kyslíkem – exotermní pochod
Charakteristika jednotlivých fází hoření II
Charakteristika jednotlivých fází hoření III Feedback – zpětné dosycování hoření pyrolýzou vznikajících hořlavých plynů - parametry ovlivňující hoření textilií : 3. Zážeh – zdroj zážehu 4. Šíření plamene – rychlost šíření 5. Energie – celkové uvolněné teplo a rychlost jeho přenosu na sousední povrch 6. Hoření – plynné produkty a jejich koncentrace
Působení tepla na vláknitý materiál I
Působení tepla na vláknitý materiál II
Působení tepla na vláknitý materiál III Fyzikální změny: Chemické změny:
U hořlavých těkavin a plynů dochází snadno k hoření
Působení tepla na vláknitý materiál IV Je-li teplota rovna nebo vyšší než Tz a je-li přítomen O2 poskytují hořlavé těkaviny a plyny CO2 a H2O :
Charakteristiky hoření I Bavlněná textilie - existuje korelace mezi plošnou hmotností a zápalností (čas od začátku působení zápalného zdroje do vzplanutí)
Charakteristiky hoření II
Do 200 °C nastává nepatrná depolymerace, mezi 200-300 °C nastává pyrolýza, od 350 °C může dojít k hoření, od 400 °C dochází k samovznícení.
Charakteristiky hoření III PES textilie – u nízkých hmotností (do 150 g/m2) dochází k odkapávání, u hmotností nad 150, změknou pouze povrchové vrstvy a vnitřek působí jako nosná kostra a textilie hoří. Polyester Tg= 83°C Tm = 266°C Tp = 451°C Produkty pyrolýzy – CO2 + CO + acetaldehyd + kyselina benzoová a tereftalová
Charakteristiky hoření IV Polyamid Při pyrolýze vzniká CO2 + CO + H2O + NH3 + organické aminy + alifatické uhlovodíky Vlna – vysoká zápalná teplota – 590°C, nízká rychlost hoření (díky vysokému obsahu N2 a vody) Mřížkový efekt Při hoření směsí vláken termoplastických (PES, PAD) s netermoplastickými (ba) – tavenina se vsakuje do netermoplastu a substrát je hořlavější
Retardace hoření I Mechanizmus retardace Na retardaci hoření polymerů existuje několik teorií : 1/ teorie vrstvy 2/ teorie ochlazování 3/ teorie plynová 4/ teorie chemická
Retardace hoření II Teorie vrstvy předpokládá vznik ochranného filmu na povrchu polymeru, který zabraňuje přístupu vzduchu k zóně hoření. Tuto ochrannou vrstvu jsou schopny tvořit anorganické sloučeniny, např. boritany.
Retardace hoření III Teorie ochlazování předpokládá odčerpávání energie ze zóny hoření uvolňováním a odpařováním vázané vody v retardéru hoření. Jedná se o vodu, která je např. přítomna v hydratovaných solích. Teorie plynová vychází z toho, že některé retardéry hoření pro celulózová vlákna ve skutečnosti snižují Tp. Pyrolýza pak proběhne při nižší teplotě, takže se přednostně tvoří jednak uhlíkatý zbytek na úkor hořlavého levoglukosanu a jednak vznikají nehořlavé plyny a páry /N2, CO2/, které zřeďují okolní atmosféru a snižují tak přístup vzduchu k zóně hoření a koncentraci hořlavých zplodin v zóně hoření.
Retardace hoření IV Teorie plynová - tímto mechanizmem působí většina anorganických solí a retardéry založené na organofosforečné bázi. Teorie chemická byla nejdříve vypracována pro retardaci hoření celulózy a předpokládá ovlivnění teploty pyrolýzy Tp a tím i ovlivnění průběhu pyrolýzy ; v současné době je tato teorie akceptována i pro ostatní polymery. Např. zvýšením Tp se stává vlákno termicky stabilnější a to je jedna z příčin, proč vlákna Nomex a Kevlar jsou relativně odolná vůči působení plamene.
Retardace hoření celulózy I
Retardace hoření celulózy II
Retardace hoření celulózy III
Pyrovatex CP
Retardace hoření celulózy V
Retardace hoření celulózy VI
Retardace hoření vlny Nejvíce je používán Beniškův Zirpro (IWS) system:
Tento systém je používán obvykle v kombinaci s amonium polyfosfátovými systémy.
Retardace hoření syntetických vláken I Tris(2,3-dibrompropyl)fosfát - aplikace z vodné emulze, po sušení následuje termosolace (200°C 90s) – průnik přípravku do vlákna, následuje praní Směsi PES s bavlnou do 50% lze upravit pomocí THPC (THPC – tetrakis hydroxymethyl fosfonium chlorid)
Aplikace na fuláru, kondenzace při 140°C 4min, pokles pevnosti cca o 30%, proto se používá modifikace s NaOH – ztráta pevnosti je pak pouze 10%.
Retardace hoření syntetických vláken II
Testování Pyrostop – předehřátí vzorku (simulace skutečného požáru), možnost stanovení obsahu vznikajících plynů Maticový test Rychlost hoření – vertikální a horizontální metoda Tabletkový test LOI – limitní kyslíkové číslo
Flammability Tests I
Various Ignition Techniques for Vertical Standard Flammability Tests
D 1230 Standard Test Method for Flammability of Apparel Textiles The standard provides methods of testing the flammability of textiles from or intended to be used for apparel, explains three classes of flammability, sets forth the requirements for classifying textiles, and warns against the use of single or multilayer textile fabrics that have burning characteristics considered by the trade to make them unsuitable for apparel. Interpretation of Results Class 1 - flame spread in the test of more than 7 s Class 2 – between Class 1 and Class 3 Class 3 - flame spread in the test of less than 3.5s
Flammability Tests II D 6545 – 00 Flammability of Textiles Used in Children’s Sleepwear
Flammability Tests III
Flammability Tests IV The thermal protective performance (TPP) test, ASTM D41083, rates materials for thermal resistance and insulation when exposed to a convective energy level of 2 cal/cm2s (83 kW/m2) for a short duration.
Heat affected zone on moisture barrier, characteristic oval pattern artifact of radiant panel exposure
ASTM D4108 Thermal Protective Performance Test Apparatus
Cone Calorimeter
What Cone Calorimeter Measures? During test, the operation program collects the following data: ¨ Time of test* [s] ¨ Time to ignition* [s] ¨ Specimen mass* [g] ¨ Exhaust pressure differential [Pa] ¨ Smoke temperature [K] ¨ O2 concentration* [%] ¨ CO concentration [%] [%] ¨ CO2 concentration -1]on the screen * Tabular and graphical data display in real time ¨ Extinction coefficient* [m
Tests Results Ignitability 25 kW/m2
35 kW/m2
50 kW/m2
40
Time to ignitin (s)
35 30 25 20 15 10 5 0 Mote (C)
CW (C)
CW (L)
CW (C+L)
YW (C)
YW (L)
YW (C+L)
FS
